JP2003042277A

JP2003042277A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2003042277A
Application number: JP2001226729A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Mogi; 和久茂木; Yasushi Ito; 泰志伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高膨張比エンジンを搭載した車両の熱効率を
維持しつつ動力性能を向上させる。【解決手段】圧縮比よりも膨張比の大きいエンジンを
有する車両の制御装置であって、前記エンジンの出力側
に連結された無段変速機と、出力要求量を判定する出力
要求量判定手段と、予め定めた基準値以上の出力要求が
あったことが前記出力要求量判定手段で判定された場合
にエンジン回転数を所定値以上の回転数に維持するよう
に前記変速機の変速比を制御する変速比制御手段とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、膨張比が圧縮比
よりも大きい高膨張比エンジンを搭載した車両の制御装
置に関し、特にその高膨張比エンジンの出力もしくは回
転数を制御する制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境の保全などの観点から車両の燃
費を向上させることが強く望まれている。そのために、
車両の動力源として使用されている内燃機関の燃費を向
上させるための技術が従来種々開発されており、高膨張
比エンジンやリーンバーンエンジン、可変バルブタイミ
ング機構などがその例である。

【０００３】高膨張比エンジンは、膨張比が圧縮比に対
して大きくなる熱サイクルで動作する内燃機関であり、
従来では、ノッキングを回避して膨張比を大きくするた
めに、吸気バルブが閉じるタイミングを遅らせるように
して膨張比を増大させている。しかしながら、吸気バル
ブが閉じるタイミングを遅らせると、吸入した空気の一
部を吸気管側に押し戻すことになるので、吸入空気量が
減少し、出力トルクが低下する場合がある。その出力ト
ルクの低下の傾向は、エンジン回転数が特には高くない
いわゆる常用域（低中速回転域）で顕著であり、これ
は、吸気の慣性効果を得られないためである。

【０００４】一方、従来では、内燃機関の出力トルクの
不足を補う技術として、ハイブリッド車が開発されてい
る。例えば特開２０００−１７０５６９号公報に記載さ
れている装置は、エンジンとモータとを動力源としたハ
イブリッド車の制御装置であって、エンジンの部分負荷
領域から全負荷領域に亘って走行する場合に、モータに
よるアシスト量を徐々に増加させるように構成されてい
る。また、他の例が、「プリウス新型車解説書」（１９
９７年１０月１４日トヨタ自動車株式会社発行）に記載
されている。この文献に記載された装置は、高膨張比エ
ンジンを搭載したハイブリッド車の制御装置であって、
要求駆動量に応じてエンジンに加えてモータ・ジェネレ
ータを駆動し、エンジンによる動力の不足をモータ・ジ
ェネレータで補うように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ハイブリッド車であれ
ば、上記のように、内燃機関の出力トルクの不足をモー
タの出力するトルクで補い、その結果、必要とする駆動
トルクを得ることができる。したがって、内燃機関とし
て低出力で小型のものを使用することができ、また上記
のように低回転数領域で出力トルクが低下しやすい高効
率の高膨張比エンジンを使用することができる。

【０００６】しかしながら、ハイブリッド車は、複数の
動力源を搭載することになるので、動力源の数が増える
だけではなく、それらの動力源を変速機などの駆動機構
に連結するための機構やそれらの動力源を選択的に使用
するための機構、さらにはそれぞれの制御のための装置
などが必要になる。そのために、装置の全体としての構
成が大型化して車載性が低下し、また構成部材の数が増
えて複雑化することにより製造コストが高くなるなどの
問題が生じる。さらには、重量が増大するために、燃費
の低減効果が損なわれる可能性がある。

【０００７】この発明は、上記の技術的課題に着目して
なされたものであり、高膨張比エンジンの出力トルクが
低いことを簡単な構成で補って、加速性応答性あるいは
加速性能などの車両の動力性能を良好にすることのでき
る制御装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、圧縮比よりも
膨張比の大きい高膨張比エンジンを有する車両の制御装
置において、前記高膨張比エンジンの出力側に連結され
た無段変速機と、出力要求量を判定する出力要求量判定
手段と、予め定めた基準値以上の出力要求があったこと
が前記出力要求量判定手段で判定された場合にエンジン
回転数を所定値以上の回転数に維持するように前記変速
機の変速比を制御する変速比制御手段とを備えているこ
とを特徴とする制御装置である。

【０００９】また、この発明の制御装置は、請求項２に
記載してあるように、前記高膨張比エンジンの負荷が低
負荷の場合に高負荷の場合よりも前記膨張比を大きくす
る膨張比制御手段を更に備えることができる。

【００１０】さらに、前記変速比制御手段は、請求項３
に記載されているように、前記出力要求量が全負荷要求
であることが判定された場合に前記高膨張比エンジンが
最大出力点で動作するエンジン回転数を維持する変速比
に制御するように構成することができる。

【００１１】またさらに、この発明における高膨張比エ
ンジンは、請求項４に記載されているように、吸気バル
ブと排気バルブとを備えかつ機械的圧縮比が１１．５以
上のレシプロエンジンとすることができる。

【００１２】そして、請求項５に記載してあるように、
上記の吸気バルブが開く吸気バルブタイミングは下死点
後６０度以上とすることができる。

【００１３】したがって、請求項１の発明では、出力要
求量が基準値以上の場合、エンジン回転数を予め定めた
回転数以上に維持するように、変速比が制御される。そ
の結果、出力要求量が大きい場合には、高膨張比エンジ
ンが高回転数に維持されるので、高膨張比サイクルで運
転されているとしても、吸入空気の慣性効果により充分
な吸入空気量を確保して出力トルクの低下が防止され
る。そのため、高膨張比エンジンの高効率特性を生かし
つつ、出力トルクを大きくして車両の動力性能を向上さ
せることができる。また、動力源が単数でよいうえに、
制御システムは通常の車両におけるエンジン用制御シス
テムおよび変速機用制御システムの二種類でよいので、
装置の機械的構成のみならず制御システムが簡素化さ
れ、装置が小型軽量になるとともに、低廉化される。

【００１４】また、請求項２に記載してあるように、低
負荷の状態では高負荷の状態に比較して膨張比を相対的
に大きくすれば、低負荷状態でのポンプ損失を低減で
き、また高負荷状態での吸入空気量を充分な量に確保し
てトルクを増大させることができる。

【００１５】さらに請求項３に記載してあるように、エ
ンジン回転数を最高出力点の回転数に維持するように変
速比を制御することにより、車両の動力性能が向上す
る。

【００１６】またさらに、請求項４に記載してあるよう
に、機械的圧縮比を１１．５以上に設定してあることに
より、燃費の改善効果が良好になる。

【００１７】そして請求項５に記載してあるように、吸
気バルブの閉じるタイミングを下死点後６０度以上に設
定してあることにより、燃費が改善される。

【００１８】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図に示す具体例
に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする車両
について説明すると、図１において、エンジン１の出力
側に無段変速機（ＣＶＴ）２が連結されており、さらに
その無段変速機２の出力側に、デファレンシャル３を介
して左右の駆動輪４が連結されている。

【００１９】そのエンジン１は、ピストン５の往復動に
合わせて開閉される吸気バルブ６および排気バルブ７を
備えたレシプロエンジンであり、より具体的にはガソリ
ンエンジンである。また、このエンジン１は、圧縮比よ
り膨張比が大きい高膨張比エンジンであり、その高膨張
比サイクルは、前記吸気バルブ６の閉じ時期を遅らせる
ことにより達成される。

【００２０】図１にその一例を併せて記載してあり、符
号Ａが吸気バルブ６の開いている期間を示し、また符号
Ｂが排気バルブ７の開いている期間を示している。そし
て、吸気バルブ６が閉じるタイミングは、ピストン５の
下死点ＢＤＣを所定角度θa越えた点であり、これに対
して排気バルブ７が開くタイミングは、ピストン５の下
死点ＢＤＣより所定角度θb （＜θa ）前の点である。
ここで、吸気バルブ６の閉じるタイミングθa は、６０
度以上に設定され、好ましくは６５度以上に設定されて
いる。このような角度に設定することにより、圧縮比に
対する膨張比の増大割合が大きくなるので、燃費の改善
効果が向上する。なお、圧縮比は“１１．５”以上に設
定され、好ましくは“１２”以上に設定されている。こ
うすることにより、燃費が向上する。

【００２１】さらに、エンジン１には、吸気バルブ６お
よび排気バルブ７の開閉タイミングを変更するための可
変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）８が設けられてい
る。したがってこの可変バルブタイミング機構８によっ
て吸気バルブ６の閉じ時期を変えることにより、膨張比
が変化する。

【００２２】図１に示すエンジン１では、エンジン回転
数に基づいて吸気バルブ６の閉じ時期が制御され、例え
ば図２に示すように、エンジン負荷が大きくてエンジン
回転数が高い領域では、低回転数領域に比較して閉じ時
期が早められる。すなわち下死点ＢＤＣ側に変化させら
れる。そして、その変化の程度は、エンジン回転数に応
じて大きくされ、エンジン回転数が高いほど閉じ時期が
早くなる。その結果、ノッキングを抑制しつつ吸入空気
量が増大してエンジン性能（出力トルク）の向上が図ら
れている。

【００２３】前記無段変速機２は、要は、変速比を無段
階に（連続的に）変化させることにより入力回転数（エ
ンジン回転数）を適宜に設定することのできる変速機で
ある。したがって、ベルト式無段変速機やトラクション
式（トロイダル型）無段変速機などを採用することがで
きる。

【００２４】この無段変速機２の変速比は、定常的な走
行状態では、燃費が最良となるエンジン回転数となるよ
うに制御される。例えば、アクセルペダルの踏み込み量
（アクセル開度）で表される要求駆動量と車速とに基づ
いて目標駆動力が求められ、その目標駆動力を出力する
ための目標出力が、目標駆動力と車速とに基づいて演算
される。その目標出力を最も燃費の良好な状態で得るよ
うにマップに基づいて目標入力回転数（目標エンジン回
転数）が求められ、その目標入力回転数を達成するよう
に無段変速機２の変速比が制御される。他方、前記目標
出力とエンジン回転数とに基づいて目標トルクが演算さ
れ、得られた目標トルクを達成するようにエンジン１の
負荷が制御される。

【００２５】上述したエンジン１のスロットル開度（負
荷）やバルブタイミングなどを制御するための電子制御
装置（Ｅ−ＥＣＵ）９が設けられている。また、無段変
速機２の変速比やトルク容量（例えばベルト挟圧力）な
どを制御するための電子制御装置（Ｔ−ＥＣＵ）１０が
設けられている。これらの電子制御装置９，１０は、一
例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、
また相互にデータ通信可能に接続されている。

【００２６】さらに、これらの電子制御装置９，１０に
は、車速やアクセル開度、エンジン回転数、エンジン水
温などのデータが入力されている。そして各電子制御装
置９，１０は、これらの入力されたデータおよび予め記
憶しているマップなどのデータと予め記憶しているプロ
グラムとに基づいて演算をおこない、エンジン１および
無段変速機２についての上記の制御を実行するようにな
っている。

【００２７】上述したように定常的な走行状態において
は、エンジン回転数が燃費が最も良好となるいわゆる最
適燃費線に沿って制御される。これは、前述したよう
に、出力要求量に基づく目標出力およびマップに基づい
て目標エンジン回転数を求め、その目標エンジン回転数
となるように無段変速機２の変速比を制御することによ
り達成される。しかしながらこのようなエンジン制御
は、燃費を優先した制御であって、出力トルクが出力要
求量に対して必ずしも充分に大きくない場合がある。そ
こで、この発明に係る制御装置は、加速のためにアクセ
ルペダルが踏み込まれるなど、出力要求量が所定値以上
に大きくなった場合に、通常とは異なった制御が実行さ
れる。

【００２８】図３はその制御例を説明するためのフロー
チャートであって、先ず、要求駆動量が所定値αより大
きいか否かが判断される（ステップＳ１）。これは、エ
ンジン１の出力を増大させる要求の程度が所定の基準値
より大きい否かの判断であり、具体的には、アクセル開
度あるいはその変化量もしくは変化割合に基づいて判断
することができる。なお、このステップＳ１では、要求
駆動量が全負荷（フルスロットル）か否かを判断するよ
うに構成してもよい。

【００２９】このステップＳ１で肯定的に判断された場
合には、加速時用制御が実行される（ステップＳ２）。
この加速時用制御は、燃費に替えて出力を重視する制御
であり、出力要求に応じてエンジン１の出力を増大する
制御である。その一例を図４に示してあり、アクセルペ
ダルが踏み込まれて出力要求量が増大すると、エンジン
回転数Ｎe が最高出力点の回転数を目標回転数として制
御される。これは、無段変速機２の変速比γを増大する
ことにより実行される。

【００３０】エンジン回転数Ｎe が最高出力点の回転数
に達すると、変速比γおよびエンジン回転数Ｎe が共に
高いので、駆動力Ｆd が最高になり、その後、エンジン
回転数Ｎe をその最高出力点の回転数に維持するため
に、車速Ｖの増大に従って変速比γが次第に低下させら
れる。そのために、駆動力Ｆd が変速比γの低下に従っ
て低下する。

【００３１】出力要求量が大きい場合、エンジン回転数
Ｎe は、無段変速機２による変速比γが連続的に変化さ
せられることにより、最高出力点の回転数に安定的に維
持される。そのために、エンジン回転数Ｎe と同様にエ
ンジン出力が安定的に高い状態に維持されるので、車両
としての加速性が良好になる。その場合、エンジン１が
高膨張比エンジンであっても、加速過渡時のエンジント
ルクを最大まで引き上げて維持できるので、加速性に不
足が生じることはない。

【００３２】なお、比較のために、無段変速機２に替え
て有段式の自動変速機を用いた場合には、車速の増大に
従ってアップシフトされ、変速比が段階的に低下するの
で、エンジン回転数Ｎe は図５に示すように、増大とス
テップ的な低下とを繰り返し、最高出力点の回転数に安
定的に維持することができない。そのための有段式の自
動変速機を使用した場合には、一時的な出力の低下が繰
り返し生じるので、加速性が必ずしも充分にはならな
い。

【００３３】他方、ステップＳ１で否定的に判断された
場合には、通常時用制御が実行される（ステップＳ
３）。これは、前述した最適燃費線に沿ってエンジン１
の運転状態（運転点）が変化するようにエンジン回転数
Ｎe すなわち変速比を変化させる制御である。したがっ
てこの場合、エンジン１の運転状態に基づいて燃費が良
好になることに加えて、エンジン１が高膨張比サイクル
で運転されるので、その点でも燃費を向上させることが
できる。

【００３４】ここで、上記の具体例とこの発明との関係
を簡単な説明すると、図３に示すステップＳ１の機能的
手段が、この発明の出力要求量判定手段に相当し、また
ステップＳ２の機能的手段が、この発明の変速比制御手
段に相当する。さらに、図２に示すように吸気バルブ６
の閉じ時期を変化させる手段が、この発明の膨張比制御
手段に相当する。

【００３５】なお、この発明は、上記の具体例に限定さ
れないのであって、上記の具体例では、吸気バルブと排
気バルブとの開閉タイミングを変更できる可変バルブタ
イミング機構を設けた例を示したが、この発明で対象と
する高膨張比エンジンは、吸気バルブまたは排気バルブ
のいずれかのみのバルブタイミングを変更できる機構を
設けたものであっもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、出力要求量が基準値以上の場合、エンジン回転
数を予め定めた回転数以上に維持するように、変速比が
制御されるため、出力要求量が大きい場合には、エンジ
ンが高回転数に維持されるので、高膨張比サイクルで運
転されているとしても、吸入空気の慣性効果により充分
な吸入空気量を確保して出力トルクの低下を防止するこ
とができる。そのため、高膨張比エンジンの高効率特性
を生かしつつ、出力トルクを大きくして車両の動力性能
を向上させることができる。また、動力源が単数でよい
うえに、制御システムは通常の車両におけるエンジン用
制御システムおよび変速機用制御システムの二種類でよ
いので、装置の機械的構成のみならず制御システムが簡
素化され、装置を小型軽量化でき、かつ低廉化すること
ができる。

【００３７】また、請求項２の発明によれば、低負荷の
状態では高負荷の状態に比較して膨張比を相対的に大き
くするので、低負荷状態でのポンプ損失を低減でき、ま
た高負荷状態での吸入空気量を充分な量に確保してトル
クを増大させることができる。

【００３８】さらに請求項３の発明によれば、エンジン
回転数を最高出力点の回転数に維持するように変速比を
制御することにより、車両の動力性能を向上させること
ができる。

【００３９】またさらに、請求項４の発明によれば、機
械的圧縮比を１１．５以上に設定してあることにより、
燃費の改善効果が更に良好になる。

【００４０】そして、請求項５の発明によれば、吸気バ
ルブの閉じるタイミングを下死点後６０度以上に設定し
てあることにより、燃費を更に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明で対象とする車両のエンジンおよび
無段変速機を含む駆動系統の模式図である。

【図２】その吸気バルブの閉じ時期のエンジン回転数
に対する関係を示す線図である。

【図３】この発明に係る制御装置で実行される制御例
を示すフローチャートである。

【図４】出力要求量が大きい場合のエンジン回転数お
よび駆動力ならびに変速比の車速に対する変化を示す線
図である。

【図５】有段式自動変速機を用いた場合の図４と同様
の変化を示す線図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２…無段変速機、６…吸気バルブ、
７…排気バルブ、９，１０…電子制御装置。

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月１９日（２００１．１０．
１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】そして、請求項５に記載してあるように、
上記の吸気バルブが閉じる吸気バルブタイミングは下死
点後６０度以上とすることができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】なお、比較のために、無段変速機２に替え
て有段式の自動変速機を用いた場合には、車速の増大に
従ってアップシフトされ、変速比が段階的に低下するの
で、エンジン回転数Ｎe は図５に示すように、増大とス
テップ的な低下とを繰り返し、最高出力点の回転数に安
定的に維持することができない。そのため、有段式の自
動変速機を使用した場合には、一時的な出力の低下が繰
り返し生じるので、加速性が必ずしも充分にはならな
い。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】なお、この発明は、上記の具体例に限定さ
れないのであって、上記の具体例では、吸気バルブと排
気バルブとの開閉タイミングを変更できる可変バルブタ
イミング機構を設けた例を示したが、この発明で対象と
する高膨張比エンジンは、吸気バルブまたは排気バルブ
のいずれかのみのバルブタイミングを変更できる機構を
設けたものであってもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ３Ｊ５５２ 15/00 15/00 Ｅ 29/00 29/00 Ｈ 41/04 ３２０ 41/04 ３２０ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｈ // Ｆ１６Ｈ 59:18 Ｆ１６Ｈ 59:18 59:24 59:24 63:06 63:06 Ｆターム(参考） 3D041 AA31 AB01 AC01 AC20 AD02 AD51 AE03 AE04 AE05 AE31 3G084 BA03 BA05 BA23 BA32 CA04 DA15 EB08 EB12 FA05 FA33 3G092 AA11 AA12 BA01 BA03 DA01 DA03 DD03 FA03 GA03 GA12 HE01X HF21Z 3G093 AA06 BA02 CA05 CB06 DA01 DB05 EA03 EA09 EA15 EB03 FA04 3G301 HA19 JA03 LA07 NC02 ND03 PE01A PF01Z 3J552 MA06 NA01 NB01 PA21 PA32 PA59 SA31 SB01 UA09 VC03W VD02W

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮比よりも膨張比の大きい高膨張比エ
ンジンを有する車両の制御装置において、前記高膨張比エンジンの出力側に連結された無段変速機
と、出力要求量を判定する出力要求量判定手段と、予め定めた基準値以上の出力要求があったことが前記出
力要求量判定手段で判定された場合にエンジン回転数を
所定値以上の回転数に維持するように前記変速機の変速
比を制御する変速比制御手段とを備えていることを特徴
とする車両の制御装置。
【請求項２】前記高膨張比エンジンの負荷が低負荷の
場合に高負荷の場合よりも前記膨張比を大きくする膨張
比制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１
に記載の車両の制御装置。
【請求項３】前記変速比制御手段は、前記出力要求量
が全負荷要求であることが判定された場合に前記高膨張
比エンジンが最大出力点で動作するエンジン回転数を維
持する変速比に制御するように構成されていることを特
徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】前記高膨張比エンジンが、吸気バルブと
排気バルブとを備えかつ機械的圧縮比が１１．５以上の
レシプロエンジンであることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれかに記載の車両の制御装置。
【請求項５】前記吸気バルブが開く吸気バルブタイミ
ングが下死点後６０度以上であることを特徴とする請求
項４に記載の車両の制御装置。